路基工程軟土地基處理設計方法的比選與研究

1、<p>　　路基工程軟土地基處理設計方法的比選與研究</p><p>　　摘 要：路基工程中軟土地基處理，是路基工程設計的關鍵。由于現(xiàn)有的軟土路基的施工方法比較成熟，所以在對軟土路基處理進行設計時，其難點在于根據(jù)軟基現(xiàn)場的實際情況，選擇最經(jīng)濟且處理效果最好的處理工藝。本文以武漢市中北路延長線工程軟土地基處理設計為例，主要從適用范圍、處理效果、工期及造價等方面，對軟基處理方法進行了比選和探討 </p

2、><p>　　關鍵詞：軟土地基；路基沉降；水泥攪拌樁 </p><p>　　中圖分類號：U416文獻標識碼： A 文章編號： </p><p><b>　　一、工程概況 </b></p><p>　　中北路延長線工程位于武漢市楊春湖城市副中心、東湖風景區(qū)北側，西起二環(huán)線紅廟立交以東，東至三環(huán)線青化立交，設計道路長度4.77k

3、m，不包含紅廟立交和青化路立交。工程內(nèi)容包括：高架橋建設、地面道路建設、二環(huán)至工業(yè)大道段已建道路改造、排水管道、景觀綠化、交通設施、照明工程等。 </p><p>　　全線道路路基約308271平方米 位于現(xiàn)狀湖塘地共66650平方米，由于軟土地基處理數(shù)量較大，所以需對含高架橋內(nèi)路堤在內(nèi)的道路軟基處理作為設計的重點進行研究。 </p><p>　　二、軟土地基處理標準 </p>

4、<p>　　瀝青路面設計使用年限（沉降計算基準期）：15年。 </p><p>　　容許工后沉降：主線橋橋臺與路堤相鄰處≤10cm；匝道橋橋臺與路堤相鄰處≤20cm；一般路段≤30cm。 </p><p>　　路堤穩(wěn)定：采用總應力法計算穩(wěn)定安全系數(shù)F，地基抗剪強度采用直剪快剪指標，穩(wěn)定安全系數(shù)>1.25。 </p><p>　　三、軟土地基處理方

5、案比較 </p><p>　　常規(guī)的軟土地基處理主要針對軟土地基本身處理，如等載或超載預壓處理、真空預壓、塑料排水板等方法，這些方法著眼于加速軟土地基施工期間的固結，提高復合地基承載力，存在施工工期較長等缺點。由于本工程要求工期短，所以不適宜本工程采用。 </p><p>　　根據(jù)武漢地區(qū)的工程實踐，現(xiàn)重點比較水泥土攪拌樁（復合地基）、現(xiàn)澆混凝土薄壁管樁（剛性樁）、CFG樁復合地基和EPS

6、四種軟土地基處理方案。前三者針對軟土地基進行處理，后者針對填料進行處理。 </p><p><b>　　1、水泥土攪拌樁 </b></p><p>　　該方法為武漢地區(qū)最常用的處理方法，平面上水泥土攪拌樁三角形布置，樁徑0.5m，樁長20m（濕法極限長度），樁間距1.1m，面積置換率18.7%，水泥土攪拌樁水泥摻量18%，90天齡期樁體無側限抗壓強度1.2MPa。按地

7、基處理后復合地基復合模量仍用分層總和法計算沉降，并用經(jīng)驗系數(shù)修正。 </p><p>　　2、現(xiàn)澆混凝土薄壁管樁 </p><p>　　現(xiàn)澆混凝土薄壁管樁的成樁工藝采用振動沉腔灌注法，該方法依靠沉腔上部錘頭的振動力將內(nèi)外雙層套管所形成的環(huán)形腔體沉入設計深度，在腔體內(nèi)灌注混凝土，之后振動拔管。環(huán)形域中土體與外部的土體之間便形成混凝土管樁，采用該工藝在施工過程中由于振動、擠壓和排土使得環(huán)形腔體

8、魔板中的土芯和樁間一定范圍內(nèi)的土體密實。 </p><p>　　薄壁管樁與土體作用為剛性復合地基，沉降變形很小，基本可以不考慮復合層的變形。在計算時只計算加固層以下附加應力的分布及相應變形。根據(jù)計算，軟弱下臥層以下各層工后沉降僅為5cm左右，能滿足規(guī)范要求。 </p><p>　　3、CFG樁復合地基 </p><p>　　CFG樁復合地基粘結強度樁是復合地基的代表

9、，目前多用于高層和超高層建筑中。CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡稱（即cementfIying-ashgravelpile）。它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘結強度樁，和樁間士、褥墊層一起形成復合地基。CFG樁復合地基通過褥墊層與基礎連接，無論樁端落在一般土層還是堅硬土層，均可保證樁間土始終參與工作。由于樁體的強度和模量比樁間土大，在荷載作用下，樁頂應力比樁間士表面應力大。樁可將承受的荷載向較深的土層中傳遞并相應減少了

10、樁間土承擔的荷載。 </p><p>　　夯實水泥土樁是用人工或機械成孔，選用相對單一的土質(zhì)材料，與水泥按一定配比，在孔外充分拌和均勻制成水泥土，分層向孔內(nèi)回填并強力夯實，制成均勻的水泥土樁。樁、樁間土和褥墊層一起形成復合地基。夯實水泥土樁作為中等粘結強度樁，不僅適用于地下水位以上淤泥質(zhì)土、素填土、粉土、粉質(zhì)粘土等地基加固，對地下水位以下情況，在進行降水處理后，采取夯實水泥土樁進行地基加固，也是行之有效的一種方法

11、。夯實水泥土樁通過兩方面作用使地基強度提高，一是成樁夯實過程中擠密樁間土，使樁周土強度有一定程度提高，二是水泥土本身夯實成樁，且水泥與土混合后可產(chǎn)生離子交換等一系列物理化學反應，使樁體本身有較高強度，具水硬性。處理后的復合地基強度和抗變形能力有明顯提高。 </p><p>　　4、EPS輕質(zhì)路堤 </p><p>　　近年來，超輕質(zhì)路基填料聚苯乙烯泡沫（expanded polystyre

12、ne Sheet，簡稱EPS）也逐漸在道路工程推廣使用。EPS材料具有輕質(zhì)、高強、較強的化學穩(wěn)定性、耐壓縮性、自立性、耐水性、良好的力學性能和施工簡單、方便、快捷等優(yōu)點。目前應用較多的輕質(zhì)材料粉煤灰密度為1140kg／m3左右。相比之下 EPS密度僅為粉煤灰、二灰填料的1／50～1／100?；静划a(chǎn)生什么附加荷載。 </p><p>　　根據(jù)有關實驗資料，在輪載作用下，EPS層頂面壓應力較小，變形基本為彈性變形，

13、隨埋置深度加深，EPS層頂面壓應力先增大后迅速減小，埋深10cm時為最大，如果EPS埋深太小，輪載作用下豎向應力大，其壓縮應變相應較大，即其彈性變形大，在輪載反復作用下，瀝青路面反復產(chǎn)生彈性變形，而橋梁結構為剛性基本不變形，橋臺路堤相接處瀝青砼面層因變形不同而開裂?？梢?，保證一定的埋置深度是必須的，當埋置深度達到80cm，其變形不會引起路面開裂。 </p><p>　　本工程臺后填土高度2m如采用EPS輕質(zhì)填料，

14、其路面結構由上至下依次為：瀝青砼面層，橋頭搭板，水泥穩(wěn)定墊層，其下為EPS輕質(zhì)填料，分層鋪設透水性土工布。換算填土高度約1m，計算工后沉降基本滿足規(guī)范要求。 </p><p>　　軟基處理三種方案優(yōu)缺點如下表： </p><p>　　四、軟土地基處理推薦方案 </p><p>　　1、雙向釘形水泥土攪拌樁方案 </p><p>　　根據(jù)本工程

15、地質(zhì)條件、工期要求，當軟土地基厚度大于3m時，推薦采用水泥土攪拌樁處理軟基路段。當軟土地基厚度≤3m，也就是所謂的淺層淤泥，可直接對淤泥采取換填的方式處理。 </p><p>　　本項目軟土深度較深，對于這種大規(guī)模軟土地基深層處理，在滿足規(guī)范要求和完工后沉降和穩(wěn)定性的前提下，還應充分考慮工程造價和工期要求。針對這種情況，本項目深層淤泥處理擬采用了雙向釘形水泥土攪拌樁來處理軟基。 </p><p

16、>　　雙向釘形水泥土攪拌樁是通過對現(xiàn)有的常規(guī)水泥土攪拌樁成樁機械進行簡單改造，配上專用的動力設備及多功能鉆頭，采用同心雙軸鉆桿，在內(nèi)鉆桿上設置正向旋轉葉片并設置噴漿口，外鉆桿上安裝反向旋轉葉片。通過外桿上葉片反向旋轉過程中的壓漿作用和正反向旋轉葉片同時雙向攪拌水泥土的作用，阻斷水泥漿上冒途徑，保證水泥漿在樁體中均勻分布和攪拌均勻，確保成樁質(zhì)量。 </p><p>　　雙向釘形水泥土攪拌樁由于樁身強度的大幅度

17、提高及樁身結構的更趨合理，它能攪拌均勻，上層葉片的同時反向旋轉，阻斷了水泥漿上冒途徑，強制對水泥漿就地攪拌，冒漿現(xiàn)象徹底解決；對樁周土體擾動小，受力合理，能將上部荷載傳到地基深處，減小復合地基沉降，與常規(guī)水泥土攪拌樁相比復合效果更佳，從現(xiàn)有的工程實例看，其綜合經(jīng)濟效益比常規(guī)水泥土攪拌樁節(jié)省投資約15%，并且隨著處理軟土深度的增加，其經(jīng)濟效益和社會效益越發(fā)明顯。 </p><p>　　2、軟土路堤邊坡防護處理方案

18、</p><p>　　本工程跨越沿線溝渠、湖泊的橋梁橋頭路堤臨湖，路基土長期處于地表水浸泡狀態(tài)，并受波浪沖擊影響，土質(zhì)容易軟化，設計時須對堤邊坡采取防護措施，可采用漿砌石進行護坡。 </p><p>　　3、軟土地基路堤臨界填土高度的確定 </p><p>　　根據(jù)規(guī)范在軟土地基上修筑路堤，需進行承載力驗算、穩(wěn)定驗算及沉降計算，根據(jù)本工程地質(zhì)特點，并結合工程周邊地區(qū)

19、已建其它工程的實際情況，確定清表后原始地基上填土的極限高度，不需要進行地基處理能滿足承載力、穩(wěn)定及沉降三項指標或規(guī)范規(guī)定的限值，作為路堤臨界填土高度。 </p><p>　　根據(jù)《公路軟土地基路堤設計與施工技術規(guī)范》，一般路段容許工后沉降≤0.3m。在填土附加應力作用下，沉降變形主要為主固結沉降，還包括瞬時沉降與次固結沉降，本工程總沉降采用沉降系數(shù)m與主固結沉降Sc計算，公式為：。 </p><

20、;p>　　主固結沉降采用分層總和法計算，壓縮層厚度以附加應力與有效自重應力之比不大于0.15或由層底向上1m計算沉降量與總沉降量比值不大于2.5‰確定。 </p><p>　　根據(jù)以上數(shù)據(jù)初步估算，當填土高度為2.07m時，工后沉降為29.9cm，即按沉降計算臨界填土高度為2.07m。 </p><p>　　綜上所述，路堤臨界填土高度為2.1m，以此標準，確定橋臺與路堤相鄰處最大填土

21、高度為2m。 </p><p><b>　　五、結論 </b></p><p>　　在工期較短，工后沉降要求較高的條件下，采用水泥攪拌樁對軟土地基進行處理，可以達到較好的效果，而且造價也較低。但是，在實際施工過程中，需對水泥攪拌樁的施工工藝和施工參數(shù)進行調(diào)整，所以，本工程的軟土地基處理，需進行動態(tài)設計，也就是隨著施工的實際進展，對設計圖紙進行細化處理，及時反饋以指導施

22、工。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1]建筑地基處理技術規(guī)范（JGJ79-2002）[S].北京，中國建筑工業(yè)出版社，2002. </p><p>　　[2]既有建筑地基基礎加固技術規(guī)范（JGJ123-2000），北京，中國建筑工業(yè)出版社，2002. </p><p>　　[3